ЭСН и ЭО цеха металло-режущих станков. 2

Введение

    Системой  электроснабжения называют совокупность устройств для 

производства, передачи и распределения электрической  энергии.

    Системы электроснабжения промышленных предприятий  создаются

для обеспечения  питания электроэнергией промышленных приёмников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приёмники электроэнергии. Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электрических станций.

    Первые  электрические станции сооружались  в городах для целей 

освещения и питания электрического транспорта, а также при фабриках и заводах. Несколько позднее появилась возможность сооружения электрических станций в местах залежей топлива или местах использования энергии воды, в известной степени независимо от мест нахождения потребителей электрической энергии – городов и промышленных предприятий. Передача электрической энергии к центрам потребления стала осуществляться линиями электропередачи высокого напряжения на большие расстояния.

    В настоящее  время большинство потребителей получают электрическую

энергию от энергосистем. В то же время на ряде предприятий продолжается сооружение и собственных ТЭЦ.

    По  мере развития электропотребления усложняются  и системы 

электроснабжения  промышленных предприятий. В них  включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных

процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления и вести активную работу по экономии электрической энергии.

    Проектирование  систем электроснабжения промышленных предприятий

велось  в централизованном порядке в  ряде проектных организаций. В результате обобщения опыта проектирования возникли типовые решения. В настоящее время созданы методы расчёта и проектирования цеховых сетей, выбора мощности трансформаторов, методика определения электрических нагрузок, выбора напряжения, сечений проводов и жил кабелей и т.п. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Краткая характеристика производства и потребителей ЭЭ

    Цех металлорежущих станков(ЦМС) предназначен для серийного производства деталей  по заказу.

    ЦМС предусматривает наличие производственных, служебных, вспомогательных и бытовых помещений. Металлорежущие станки различного назначения размещены в станочном, заточном и резьбошлифовальном отделениях.

    Транспортные  операции выполняется кран-балкой и  наземными электротележками.

    Цех получает ЭСН от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,3 км от ГПП завода. Подводимое напряжение  -  10 или 35 кВ. ГПП подключена к энергосистеме (ЭСН), расположенной на расстоянии 15 км.

    Потребители ЭЭ относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения.

    Количество  рабочих смен – 3. Грунт в районе цеха – глина при температуре +5 С.

    Каркас  здания сооружен из блоков-секций, длиной 6 и 8 м каждый.

    Размеры цеха А×В×Н = 50×30×8 м.

    Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м.

    Перечень  ЭО цеха металлорежущих станков дан  в таблице.

    Мощность  электропотребления указана для  одного приемника.

    Расположение  основного ЭО показано на плане. 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

План расположения ЭО цеха металлорежущих станков 

1.  Характеристика потребителей электрической энергии.

1.1.  Характеристика по  режиму работы  приёмников.

    Около 70% всей вырабатываемой в нашей стране электрической энергии

потребляется  промышленными предприятиями.

    Приёмники данного металлообрабатывающего предприятия  можно 

разделить на группы:

- Приёмники  трёхфазного тока напряжением  до 1000 В.частотой 50 Гц.

- Приёмники  однофазного тока напряжением  до 1000 В.частотой 50 Гц.

- Приёмники  постоянного тока, питаемые от  преобразовательных подстанций  и подстанций. 

    Приёмники цехов могут быть подразделены на группы по сходству

режимов, т.е. по сходству графиков нагрузки.

1. Приёмники,  работающие в режиме с продолжительно  неизменной или мало меняющейся  нагрузкой. В этом режиме электрическая  машина или аппарат может работать  продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата свыше допустимой. 

2.Приёмники,  работающие в режиме повторно  – кратковременной нагрузки. В  этом режиме кратковременные  рабочие периоды машины или  аппарата чередуются с кратковременными  периодами отключения. Повторно – кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения и длительностью цикла.

1.2. Характеристика потребителей по степени бесперебойности электроснабжения.

    С точки  зрения обеспечения надёжного и бесперебойного питания,

преемники электрической энергии делятся  на три категории. 

    К 1 категории относят электроприёмники, перерыв электроснабжения

которых может повлечь за собой: опасность  для жизни людей, значительный ущерб  народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Электроприёмники должны обеспечиваться электропитанием от 2 и более источников, причём перерыв в электроснабжении допускается на время АВР 1 – 2 сек. 

    Во 2 категорию входят электроприёмники, перерыв электроснабжения

которых приводит к массовому недоотпуску  продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного числа городских и сельских жителей. Для приёмников перерыв питания допускается на время необходимое для включения резерва, но не более 1 – 2ч. 

    К 3 категории относят все остальные электроприёмники, не подходящие

под определение  к 1 и 2 категорий. Это главным образом  различные вспомогательные механизмы  в основных цехах, цеха несерийного  производства. Перерыв на всё время  ремонта, но не более чем на 1 сутки. 
 
 
 
 

 

 

Перечень  ЭО металлорежущего цеха

Таблица №1

 
 

 

2.  Характеристика среды цеха.

    В помещениях металлорежущего цеха отсутствует  химически активная или органическая среда, т.е. не содержаться агрессивные  пары, газы, жидкости не образуются отложения  или плесень.

    В помещениях по технологическим условиям производства не

выделяется  технологическая пыль в таком  количестве, чтобы она оседала  на проводах или проникала бы внутрь машин или аппаратов.

    Помещения в цеху не относятся к взрывоопасным, поскольку объём 

взрывоопасной смеси не превышает 5 % от свободного объема помещения. Помещения также нельзя отнести к пожароопасным зонам. Поскольку в пространстве внутри и вне помещений не обращаются или мало обращаются горючие (сгораемые) вещества в котором они могут находиться в нормальном технологическом процессе или при его нарушении.

    Помещения в  цеху относятся к сухим помещениям, в которых 

относительная влажность воздуха не превышает 60 %. А при отсутствии различных  вышеперечисленных агрессивных  сред можно отнести помещения  в цеху с нормальной средой. 

    Среда цеха характеризуется  как нормальная на основании следующих  параметров:

  1. относительная влажность воздуха не выше 60 % . ПУЭ 1.1.6.
  2. температура воздуха не выше 350 С ПУЭ 1.1.10.
  3. технологическая пыль отсутствует ПУЭ 1.1.11.
  4. агрессивные пары ,жидкости и газы не применяются ПУЭ 1.1.11
 
 
 
 
 
 
 
 
 
       

       

3. Определение расчетной мощности и нагрузок методом упорядоченных диаграмм.

  Электрические нагрузки являются исходными данными  для решения комплекса вопросов при проектировании системы электроснабжения цеха и в целом промышленного предприятия.

  Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования любой системы  электроснабжения и производится для  выбора трансформаторов цеховых  ТП, токоведущих элементов, компенсирующих установок, защитных устройств и т.д.

  Исходными данными для определения электрических  нагрузок являются количество и мощность приемников электроэнергии, находящихся в цехе, категория по степени надежности, характеристика помещений по окружающей среде.

  Для определения  расчетных нагрузок групп электроприемников цеха наибольшее применение получил метод упорядоченных диаграмм показателей графиков нагрузки. Этот метод позволяет по номинальной мощности и характеристике приемников определить расчетный максимум нагрузки.

  Расчет  электрических нагрузок ведется по длительному режиму работы приемников. При наличии приемников электроэнергии, работающих в повторно-кратковременном режиме, установленная мощность Ру , кВт, должна быть приведена к длительному режиму по одной из формул:

для двигателя повторно-кратковременного режима

для трансформаторов  электропечей

  для трансформаторов  сварочных машин и сварочных  трансформаторов ручной сварки

  

    где   Пв - номинальная (паспортная) продолжительность включения, отн. ед.;

       - паспортная мощность электродвигателя при относительной    номинальной продолжительности включения, кВт;

     - паспортная мощность трансформатора, кВ-А;

      - коэффициент  мощности электропечи, сварочного  аппарата или  сварочного трансформатора  при номинальных условиях.

         

 Алгоритм метода упорядоченных диаграмм:

  1.Все  электроприемники разбиваются на характерные группы с одинаковым режимом работы, например: металлорежущие станки, насосы и вентиляторы, подъемно-транспортные устройства, электропечи и т.д.

  2.По  каждой характерной группе определяется  суммарная номинальная мощность , в которую входят мощности при ПВ=100%.

  3.Расчет  нагрузок ведется за наиболее  загруженную смену длительностью Тсм, для каждой группы приемников определяется средняя мощность

  

  

    где - установленная (номинальная) мощность отдельных приемников;

           Ки _ коэффициент использования.

  4.Для определения  общего максимума нагрузки нескольких  групп необходимо найти общее  аффективное число электроприемников всех групп . Допускаются следующие упрощения по определению .

  При отношении  мощности наибольшего приемника  в рассматривае 
мой группе к мощности наименьшего   допускается при 
нимать

где Рнmax1- максимальная мощность одного приемника узла питания, кВт;

       Рнmin1- минимальная мощность одного приемника узла питания, кВт;

При m>3 и Ки 0,2 эффективное число электропиемников может определяться по упрощенной формуле

5.Далее определяется  средневзвешенное значение коэффициента  использования

6. По значениям  и определяется значение коэффициента максимума Км

7. После этого  определяется максимальная расчетная  нагрузка

        

       

    При nэ 10 Qр=1,1SQсм

    При nэ>10 Qр=SQсм 

           

      Расчетные активные и реактивные нагрузки силовых приемников по цеху в целом определяются суммированием соответствующих нагрузок по группам

    Расчетная нагрузка осветительных приемников цеха определяется по установленной мощности и коэффициенту спроса:

 

где -коэффициент спроса для освещения, принимаемый по справочным данный 

-установленная  мощность приемников электрического  освещения, которая может быть  определена по формуле

 

где  - площадь цеха, м2

       - удельная нагрузка Вт/ м2

    Полная расчетная мощность силовых и осветительных приемников без учета КУ определяется из соотношения

 

          Для примера возьмем один электроприемник Токарный станок:

1. Коэффициент  использования  и определяются из справочных

данных: =0,6;

=1,33;

2.Среднее значение  активной мощности за максимально  загруженную смену.

                     (1)

Среднее значение реактивной мощности за наиболее нагруженную  смену.

                       (2)

    Для остальных электроприёмников расчёт производим аналогичным способом, затем производим расчет для целой подгруппы электроприемников по приведенным выше формулам, полученные значения заносим в таблицу № 2.

Расчетная нагрузка осветительных  приемников цеха определяется

         (3)

      где Ксо – коэф-т спроса по освещению

      Ксо=0,8  [справ-к по эл.снабжению, стр36] 

Установленная мощность приемников эл.освещения станочного отделения:

 (1.11)

F – площадь отделения

Аналогичным образом  рассчитывается осветительная нагрузка для других отделений, результаты заносятся  в таблицу № 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Расчет электрических нагрузок по цеху

Таблица № 2

 
 

 

Таблица №2.1 Осветительная нагрузка

№ по ген плану Наименование  цеха Осветительная нагрузка Силовая и осветительная нагрузка
F, м2 РУД, Вт/м2 РНО, кВт КСО РРО, кВт РР+ РРО, кВт QР, кВар SР, кВА
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Станочное 1008 11 11,1 0,9 10 - - -
2 Заточное 144 11 1,58 0,95 1,5 - - -
3 Резьбошлифовальное 36 11 0,4 0,95 0,38 - - -
4 Инструмент-ая 36 11 0,4 0,8 0,32 - - -
5 Бытовка 36 11 0,4 0,8 0,32 - - -
6 Кладовая 18 11 0,2 0,6 0,12 - - -
7 Вентиляционная 18 11 0,2 0,6 0,12 - - -
8 Щитовая 24 11 0,27 0,6 0,16 - - -
9 Склад 36 11 0,4 0,6 0,24 - - -
Итого     99     13,1 159 83 178
 
 
 
 
 
 

 

4.Оперделение места расположения цеховой подстанции, типа трансформаторов, их количества и мощность на основе технического расчета.

    На  подстанциях всех напряжений, как правило, применяется не более

двух  трансформаторов по соображениям технической  и экономической целесообразности.1;2трансформаторные подстанции применяются в тех  случаях, когда большинство электроприёмников  относится к первой или второй категориям.

       Комплектные ЦТП должны размещаться с наибольшим приближением к центру питаемой ими нагрузки предпочтительно с некоторым смещением в сторону источника питания.

       Требования: а)минимум занимаемой полезной площади цеха; б)отсутствие помех производственному процессу; в)соблюдение электрической и пожарной безопасности; 

4.1 Выбор типа и  числа трансформаторов 

1.Потери мощности  в цеховых трансформаторах

     

         

2. Определение расчётной нагрузки с учётом потерь мощности в ЦТП (без учёта компенсирующих устройств).

  

    

3. Мощность  компенсирующих устройств

  

       

где  α=0,9

Cosφк= 0,92…095, тогда tgφк=0,42

Выбираются компенсирующие устройства в виде конденсаторной установки

УК2-0,38-50УЗ , число  ступеней регулирования - 2

[4, стр.200, табл. 16.1]

Выбор автоматического  выключателя для КУ:

Выбираем автоматический выключатель типа ВА51Г-31 [3, стр.40, табл.26]

;    

4. Расчётная  нагрузка по цеху с учётом  компенсирующих устройств

  

5. По  расчётному значению выбираем мощность трансформаторов для потребителей с преобладанием 3 категории по надёжности электроснабжения.

Определяем  количество трансформаторов.

   

где: - коэффициент загрузки для цехов с преобладанием приёмников 2                                категории 0,7-0,8;

для первого  варианта рассмотрим 1 трансформатор  ТМ-250. 

для второго  варианта рассмотрим 2 трансформатора ТМ-160. 
 
 
 
 

6. Определим в нормальном и аварийном режиме.

   

    

 

4.2 Технический расчёт  и выбор трансформатора

Вариант 1    ТМ -250

1. Потери  реактивной мощности холостого  хода и короткого замыкания.

  

  

2. Приведённые  потери мощности в трансформаторе

  

  

где kип=0,07 – коэффициент изменения потерь

3. Полные  потери мощности в трансформаторе.

  

Вариант 2         2  ТМ – 160

1. Потери  реактивной мощности холостого  хода и короткого замыкания.